JP5578008B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置 - Google Patents
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Description
その従来技術の一つ(以下、「第1従来技術」と記述する)として、画素アレイ部の画素列ごとに信号線を通して出力される画素の信号に対して所定の信号処理を施すカラム回路(信号処理回路)を1列につき2つ配置し、1つの画素から1本の信号線を通して出力される高感度の信号と低感度の信号を2つのカラム回路によって並列に処理する構成のものが知られている(例えば、非特許文献1参照)。
ダイナミックレンジの拡大を図る他の従来技術(以下、「第2従来技術」と記述する)として、電子シャッタ走査と読み出し走査を2回行って両走査の間隔を1回目と2回目で異ならせることで感度の異なる2つの信号を得る一方、カラム回路を1列につき1つ配置し、2回の走査によって得られる2つの信号を同一のカラム回路によって処理する構成のものが知られている(例えば、非特許文献2参照)。
図1は、第1実施形態に係る固体撮像装置の構成の概略を示すシステム構成図である。本実施形態は、上述した参考例に係るものであり、固体撮像装置として、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサを例に挙げて説明するものとする。
図2は、画素20の回路構成の一例を示す回路図である。
上記の例では、m=1の場合、即ち走査が1行進むごとに読み出し行1,2と2系統のカラム回路群13,14の組み合わせの切り替えを行う場合を例に挙げて説明したが、図7に示すように、その切り替えを走査が2行(m=2)進むごとに行うようにすることも可能である。この場合は、読み出し行1,2間の行数は、(2p+1)行×2、即ちm=1の場合の2倍に制限される。すなわち、蓄積時間2は、6,10,…という具合に4Hステップに制限される。この制限も、蓄積時間2を蓄積時間が長い方とすれば問題とならない。
図8は、第2実施形態に係る固体撮像装置の構成の概略を示すシステム構成図である。本実施形態は、本発明に係る実施形態であり、本実施形態においても、固体撮像装置として、例えばCMOSイメージセンサを例に挙げて説明するものとする。
以上説明した第1,第2実施形態に係る固体撮像装置10,30は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話等のモバイル機器向けカメラモジュール等の撮像装置において、その撮像デバイスとして用いて好適なものである。
Claims (6)
- 外部からの光が光電変換されて生じた電荷を一定時間蓄積して得られる信号をカラム回路へ出力する複数の画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列の各々に対応して配置された複数のカラム回路を有する第1のカラム回路群と、
前記画素アレイ部の画素列の各々に対応して配置された複数のカラム回路を有する第2のカラム回路群と、
先行するシャッタ行の期間で、蓄積された信号電荷をリセットして新たな信号電荷の蓄積を開始させ、前記シャッタ行の期間から電荷蓄積が開始された第1画素行の前記信号を読み出し、前記第1画素行の信号読み出し期間から前記第1画素行とは異なる期間の電荷蓄積を開始させ、前記第1画素行からの列方向の遅延画素数が3以上の奇数の自然数m倍である第2画素行の前記信号を読み出す過程で、前記遅延画素数を同じとしたまま前記シャッタ行、前記第1画素行および前記第2画素行を、第1方向へ1H期間(Hは走査の単位時間)で1画素行ずつシフトするようにシフト走査を行うとともに、前記信号を読み出す画素行と、読み出した信号の出力先のカラム回路を含むカラム回路群との組み合わせを、前記シフト走査がm行進むごとに切り替え、前記第1画素行と前記第2画素行から読み出した前記信号の各々を、前記1H期間ごとに、前記組み合わせに応じた出力先のカラム回路を含む前記第1のカラム回路群または前記第2のカラム回路群へ出力することにより、同一の画素から、電荷蓄積時間が異なる2つの前記信号の各々を、異なるタイミングの1H期間に、前記第1のカラム回路群と前記第2のカラム回路群の何れか一方の同一のカラム回路群に対して読み出す走査手段と、
を具備する固体撮像装置。 - 外部からの光が光電変換されて生じた電荷を一定時間蓄積して得られる信号をカラム回路へ出力する複数の画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列の各々に対応して配置された複数のカラム回路を、それぞれのカラム回路群が有する、n個(nは2以上の整数)のカラム回路群と、
先行するシャッタ行の期間で、蓄積された信号電荷をリセットして新たな信号電荷の蓄積を開始させ、前記シャッタ行の期間から電荷蓄積が開始された第1画素行の前記信号を読み出し、前記第1画素行の信号読み出し期間から前記第1画素行とは異なる期間の電荷蓄積を開始させ、前記第1画素行と、当該第1画素行から行方向と列方向にそれぞれ所定の遅延画素数だけ離れたn−1個の第2画素行とから前記信号を読み出す過程で、前記遅延画素数を同じとしたまま前記シャッタ行、前記第1画素行および前記第2画素行を、第1方向へ1H期間(Hは走査の単位時間)で1画素行ずつシフトするようにシフト走査を行うとともに、前記信号を読み出す画素行と、読み出した信号の出力先のカラム回路を含むカラム回路群との組み合わせを、全ての組み合わせがs×H(sは2以上の整数)の1サイクル期間で一巡するように循環的に切り替え、前記第1画素行と前記n−1個の第2画素行から読み出した前記信号の各々を、前記1H期間ごとに、前記組み合わせに応じて画素行ごとに異なる出力先のカラム回路を含むカラム回路群へ出力することにより、同一の画素から、電荷蓄積時間が異なる2つの前記信号の各々を、異なるタイミングの1H期間に前記n個のカラム回路群内の同一のカラム回路群に対して読み出す走査手段と、
を具備する固体撮像装置。 - 前記所定の遅延画素数が、3以上の奇数の自然数m倍である、
請求項2記載の固体撮像装置。 - 前記走査手段は、先頭の前記第1画素行に対する後続の前記n−1個の第2画素行の各々について、前記遅延画素数を、nで割り切れず、かつnで割った余りが全て異なるように設定する、
請求項2または3記載の固体撮像装置。 - 外部からの光が光電変換されて生じた電荷を一定時間蓄積して得られる信号をカラム回路へ出力する複数の画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、前記画素アレイ部の画素列の各々に対応して配置された複数のカラム回路を有する第1のカラム回路群と、前記画素アレイ部の画素列の各々に対応して配置された複数のカラム回路を有する第2のカラム回路群と、を具備する固体撮像装置の駆動方法であって、
先行するシャッタ行の期間で、蓄積された信号電荷をリセットして新たな信号電荷の蓄積を開始させ、前記シャッタ行の期間から電荷蓄積が開始された第1画素行の前記信号を読み出し、前記第1画素行の信号読み出し期間から前記第1画素行とは異なる期間の電荷蓄積を開始させ、前記第1画素行からの列方向の遅延画素数が3以上の奇数の自然数m倍である第2画素行の前記信号を読み出す過程で、前記遅延画素数を同じとしたまま前記シャッタ行、前記第1画素行および前記第2画素行を、第1方向へ1H期間(Hは走査の単位時間)で1画素行ずつシフトするようにシフト走査を行うとともに、前記信号を読み出す画素行と、読み出した信号の出力先のカラム回路を含むカラム回路群との組み合わせを、前記シフト走査がm行進むごとに切り替え、前記第1画素行と前記第2画素行から読み出した前記信号の各々を、前記1H期間ごとに、前記組み合わせに応じた出力先のカラム回路を含む前記第1のカラム回路群または前記第2のカラム回路群へ出力することにより、同一の画素から、電荷蓄積時間が異なる2つの前記信号の各々を、異なるタイミングの1H期間に、前記第1のカラム回路群と前記第2のカラム回路群の何れか一方の同一のカラム回路群に対して読み出す、
固体撮像装置の駆動方法。 - 固体撮像装置を備え、
前記固体撮像装置は、
外部からの光が光電変換されて生じた電荷を一定時間蓄積して得られる信号をカラム回路へ出力する複数の画素が行列状に2次元配置されてなる画素アレイ部と、
前記画素アレイ部の画素列の各々に対応して配置された複数のカラム回路を有する第1のカラム回路群と、
前記画素アレイ部の画素列の各々に対応して配置された複数カラム回路を有する第2のカラム回路群と、
先行するシャッタ行の期間で、蓄積された信号電荷をリセットして新たな信号電荷の蓄積を開始させ、前記シャッタ行の期間から電荷蓄積が開始された第1画素行の前記信号を読み出し、前記第1画素行の信号読み出し期間から前記第1画素行とは異なる期間の電荷蓄積を開始させ、前記第1画素行からの列方向の遅延画素数が3以上の奇数の自然数m倍である第2画素行の前記信号を読み出す過程で、前記遅延画素数を同じとしたまま前記シャッタ行、前記第1画素行および前記第2画素行を、第1方向へ1H期間(Hは走査の単位時間)で1画素行ずつシフトするようにシフト走査を行うとともに、前記信号を読み出す画素行と、読み出した信号の出力先のカラム回路を含むカラム回路群との組み合わせを、前記シフト走査がm行進むごとに切り替え、前記第1画素行と前記第2画素行から読み出した前記信号の各々を、前記1H期間ごとに、前記組み合わせに応じた出力先のカラム回路を含む前記第1のカラム回路群または前記第2のカラム回路群へ出力することにより、同一の画素から、電荷蓄積時間が異なる2つの前記信号の各々を、異なるタイミングの1H期間に、前記第1のカラム回路群と前記第2のカラム回路群の何れか一方の同一のカラム回路群に対して読み出す走査手段と、
を具備する撮像装置。
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